q: nhiệt lượng cung cấp bởi một m2 bề mặt
3.4.2. Cấu trúc các thiết bị trao đổi nhiệt theo phương thức truyền nhiệt gián tiếp.
gradien nhiệt độ theo hướng vuông góc với bề mặt tiếp xúc, vào thời gian tiếp xúc.
Khả năng dẫn nhiệt của các vật thể (các chất) được đặc trưng định lượng bằng hệ số dẫn nhiệtλ (lambda)λlượng có giá trị chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vào bản chất, áp suất. Để đặc trưng cho lượng nhiệt chuyển từ lỏng một vật thể đến bề mặt tiếp xúc với một vật thể khác ta dùng hệ số cấp nhiệt khác α. Giá trị α phụ thuộc vàoλ , vào hình thái chuyển động của vật thể.
Người ta dùng khái niệm hệ số truyền nhiệt K để đặc trưng cho lượng nhiệt truyền từ vật thể này sang vật thể khác. K có giá trị phụ thuộc vào λ của các vật thể mà qua đó sự truyền nhiệt xảy ra, vào hệ số nhiệt α .
Lượng nhiệt truyền từ vật thể này sang vật thể kia trong thiết bị trao đổi nhiệt phụ thuộc vào bản chất, vào hiệu nhiệt độ giữa hai vật thể, vào bề mặt tiếp xúc (bề mặt tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp) vào khoảng cách giữa hai vật thể, vào chế độ lưu chuyển. Một cách định lượng hơn lượng nhiệt đó phụ thuộc K, bề mặt tiếp xúc A, hiệu nhiệt độ.
3.4.2. Cấu trúc các thiết bị trao đổi nhiệt theo phương thức truyền nhiệt giántiếp. tiếp.
Bộ phận cơ bản nhất quan trọng nhất của thiết bị trao đổi nhiệt là ống mà hai mặt của nó tiếp xúc với hai pha lưu. Trong hầu hết các thiết bị trao đổi nhiệt ống đó có dạng hình viên trục bằng kim loại. Để tăng bề mặt trao đổi nhiệt người ta cũng dùng những đường ống có gân dọc, gân ngang hoặc gân xoắn ( còn gọi là gờ). Các gân đó có thể ở trên mặt ngoài hoặc mặt trong của ống, nhưng thường ống chỉ mang gân ở mặt ngoài vì hai lý do.
Dễ chế tạo, dễ cọ rửa, dễ sửa chữa.
Các lưu thể tiếp xúc với ống thì hệ số cấp nhiệt của chúng thường không bằng nhau. Để tăng cường khả năng cấp nhiệt của lưu thể có hệ số cấp nhiệt thấp ta cho lưu thể đó tiếp xúc với mặt ngoài có gân là có thể đủ để cân bằng khả năng cấp nhiệt của hai lưu thể.
Độ cao, độ dày của các gân đó rất khác nhau tùy thuộc vào đường kính, vào bản chất kim loại được dùng, vào mức độ tăng cường bề mặt tiếp xúc, vào độ bẩn của
lưu thể, vào mức độ ăn mòn của lưu thể. Gân ngang, gân xoắn được dùng chủ yếu khi lưu thể rất sạch, có độ nhớt rất bé, khi lưu thể đó chuyển động theo hướng vuông góc với ống. Đó là trường hợp dùng không khí làm lưu thể. Khi lưu thể là lỏng nên dùng ống có gân dọc. Ống có thể ở dạng khác.
Ống có dạng bản cho những chất khí.
Trong một thiết bị trao đổi nhiệt các ống thường là thẳng được ghép nối song song, nối tiếp, vừa song song vừa nối tiếp bằng các đầu nối. Cũng gặp những ống có dạng phức tạp hơn như ống xoắn hoặc chỉ là một cái bình. Trong khi lưu thể thứ nhất chạy trong ống thì lưu thể thứ hai chạy phía ngoài ống trong một không gian được bao quanh bằng hai cách cơ bản.
Đó là việc lắp ống đồng trục to hơn hoặc một vỏ bọc chung cho tất cả các loại ống dẫn lưu thể thứ nhất. Theo cách này ta có thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống, loại vỏ - áo. Cách thứ hai có cấu trúc đa dạng hơn, tiết kiệm không gian hơn, rẻ hơn nên hay được dùng hơn. Với cách này ta có các thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm vỏ boc. Cũng có trường hợp không có cả vỏ bọc. Các thiết bị làm nguội bằng không khí, bằng cách tưới nước không có vỏ bọc.
Các ống được giữ cách nhau ở một khoảng cách nhất định, theo một quy luật nào đó bởi các tấm đỡ (mạng ống). Có ba cách bố trí ống trên tấm đỡ đó là.
Bố trí theo hình tam giác đều (còn gọi theo hình sáu cạnh). Bố trí theo hình vuông.
Bố trí theo đường tròn đồng tâm.
Cách bố trí theo tam giác đều có nhiều ưu điểm hơn và đồng đều hơn, tiết kiệm diện tích hơn, dễ cọ rửa hơn.
Hình 3.1 Cách bố trí mạng ống
Ống được lắp vào tấm đỡ chủ yếu bằng phương pháp nung hoặc hàn. Đôi khi người ta lắp bằng các ổ đệm. Việc dùng các ổ đệm tuy phức tạp nhưng cho phép các ống trượt được trên ổ đệm, chống được hiện tượng nở dài của ống khi nhiệt độ thay đổi
Hình 3.2 Cách lắp ống vào mạng ống
I,II,III – Nong ống, IV – Hàn, V – Ghép bằng ổ đệm
Ống được lắp vào mạng chủ yếu bằng phương pháp nong hoặc hàn. Đôi khi người ta còn ghép ống vào mạng bằng ổ đệm. Phương pháp này khá phức tạp, song cho phép ống dịch chuyền khi dãn dài. Trên hình 3.3 thể hiện kiểu ghép cứng bằng cách hàn mạng ống với vỏ thiết bị. trên hình 3.4 thể hiện kiểu ghép có thể tháo dời được
Hình 3.3 Cách hàn mạng ống vào vỏ thiết bị
Các tấm được ghép nối vào vỏ bọc theo kiểu là có ít nhất một tấm đỡ liên kết cố định, chắc chắn với vỏ bọc, còn tấm đỡ kia có thể trượt theo vỏ bọc khi ống dãn nở dài vì nhiệt.
Đối với các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm vỏ bọc, khi nhiệt độ thay đổi, khi nhiệt độ ống và vỏ chênh lệch nhau sẽ có sự dãn nở không như nhau của ống và của vỏ. Điều đó tạo ra một ứng suất làm nứt, rạn, cong vênh… Khi độ chênh về nhiệt độ (lấy theo nhiệt độ trung bình) lớn hơn 40 oC cần thực hiện một kết cấu từ dãn nở có hai cách.
Hình 3.3 Kết cấu vành đàn hồi (a,b,c,d), đàn hồi cong (e)
Đầu phao (gồm tấm đỡ và đầu dẫn chung của các ống) không cố định, nghĩa đầu phao di chuyển tương đối với vỏ bọc khi có dãn nở nhiệt.
Để làm thay đổi tốc độ cũng như độ rối của dòng chảy trong không gian giữa các ống, người ta dùng các tấm ngăn hình viên phấn hoặc tập hợp hình tròn, hình viên trục đặt vuông góc với chùm ống
Hình 3.4 Cách xắp xếp ống và cửa tháo nước ngưng
a)